Araştırmacılar Yüksek Verimli, Isıyla Çalışan Termoakustik Soğutucu Geliştirdi
Araştırmacılar, bu teknolojinin verimliliğini önemli ölçüde artıran yeni bir bypass konfigürasyonuna sahip yenilikçi bir ısıyla çalışan termoakustik soğutucu (HDTR) geliştirdi.
Çin Bilimler Akademisi Fizik ve Kimya Teknik Enstitüsü'nden (TIPC) Prof. Luo Ercang ve işbirlikçileri tarafından yürütülen araştırma, Cell Reports Physical Science'da yayınlandı.
HDTR, birçok avantaja sahip, yeni ve gelecek vaat eden bir soğutma teknolojisi olarak kabul edilmektedir. Örneğin, hareketli parçaları yoktur, çevre dostu maddeler kullanır (örn. helyum ve nitrojen) ve son derece güvenilirdir. Ancak nispeten düşük verimliliği ticari uygulamasını engellemiştir.
HDTR'lerin verimliliği, performans katsayısı (COP), yani çıkış soğutma gücünün giriş ısıtma gücüne oranıyla tahmin edilebilir. Mevcut gelişmiş doğrudan bağlı HDTR'ler için araştırmacılar, artan ısıtma sıcaklığıyla birlikte COP'de beklenmedik bir düşüş buldular. Ayrıca bunun nedenini de ortaya çıkardılar: Bu sistemlerde, yüksek ısıtma sıcaklıklarında COP iyileşmesini engelleyen bir sıcaklık eşleştirme kısıtlaması vardır.
Bu engelin üstesinden gelmek için araştırmacılar, sıcaklık eşleştirme kısıtlamasını ortadan kaldıracak yaratıcı bir bypass konfigürasyonu önerdiler. Bu yeni konfigürasyon, akustik gücün bir kısmının atlanmasına olanak tanır, böylece yüksek ısıtma sıcaklıklarında motor ünitesi ile soğutucu ünite arasında verimli akustik güç eşleşmesi sağlanır.
Sonuç olarak sistem, verimliliği önemli ölçüde artıran enerji akışı alanı sinerjisine ulaşır. Araştırmacılar daha sonra kilowatt ölçeğinde bir HDTR prototipi oluşturdular. Çalışma gazı olarak helyumu kullanarak sırasıyla 450°C, 35°C ve 7°C ısıtma, ortam ve soğutma sıcaklıklarında 2,53 kW soğutma kapasitesiyle 1,12'lik rekor yüksek deneysel COP'ye ulaştılar. Bu COP, mevcut HDTR'ler için şimdiye kadar elde edilen en iyi sonuçtan 2,7 kat daha yüksektir.
Araştırmacılara göre, oda sıcaklığında, ısıya dayalı soğutma alanında, yeni HDTR teknolojisi yalnızca adsorpsiyonlu soğutuculardan ve tek etkili soğurmalı soğutuculardan daha iyi performans göstermekle kalmıyor, aynı zamanda çift etkili soğurmalı soğutucularla da kıyaslanabilir. Bu sonuçlar, bu yeni HDTR teknolojisinin ticari iklimlendirme uygulamalarında büyük vaatte bulunmaktadır.
Helyumla karşılaştırıldığında nitrojen daha bol bulunan, ekonomik ve çevre dostu bir soğutucu akışkandır. Bu nedenle araştırmacılar sistemin performansını nitrojen kullanarak da test etti. COP sonuçları daha önce TIPC tarafından rapor edilenlerden daha iyidir. Çalışma, 8 Ocak'ta Applied Physics Letters dergisinde yayınlandı ve Scilight tarafından özel olarak rapor edildi.
Araştırmacılar, yeni HDTR sisteminin, yüksek sıcaklıktaki termal enerjinin verimli kullanımı nedeniyle özünde adsorpsiyonlu soğutuculardan daha yüksek bir COP'ye sahip olduğunu iddia ediyor. Sayısal analizleri, önerilen HDTR sistemi için 800°C'nin üzerindeki bir ısıtma sıcaklığında 2 gibi olağanüstü bir potansiyel COP değeri önermektedir.
Araştırmacılar, sistemin soğutma performansını daha da iyileştirmek için mevcut sistemde bazı değişiklikler yapacaklarını ve ısıtma sıcaklığını artıracaklarını belirtti. Bu değişikliği yaptıktan sonra, öngörülebilir gelecekte çift etkili adsorpsiyonlu soğutucuları aşan bir COP elde etmeyi bekliyorlar.
Daha fazla bilgi: A highly efficient heat-driven thermoacoustic cooling system, Cell Reports Physical Science (2024). https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/pdf/S2666-3864(24)00040-7.pdf
